基于超级电容和最大功率跟踪法的电梯节能系统设计

《基于超级电容和最大功率跟踪法的电梯节能系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、基于超级电容和最大功率跟踪法的电梯节能系统设计肖春华李明仕武汉软件工程职业学院电子工程学院武汉艾德杰电子有限责任公司针对市场上现有的节能电梯控制器通过逆变电路直接将电梯馈能传送给电网，给电网带来谐波污染的问题，提出了使用超级电容作为能量缓冲器，利用最大功率跟踪法为超级电容充电，最大程度冋收利用电梯的馈能，实现充分节能。这个方案的实现具有良好的社会效益和经济效益。关键词：节能电梯;谐波污染;超级电容;最大功率跟踪;基金：湖北省教育厅科研课题“棊于太阳能与超级电容的新型节能电梯控制器研制”（编号:B201654

2、6）随着电梯应用的日益普及，每年电梯耗能量也是节节攀升，各种节能电梯的设计和应用也广泛开展。在电梯使用过程中，有接近1/2的时间是处于发电状态111。在现冇节能电梯设计方案中，普遍通过设计逆变电路将这部分能量冋馈到电网屮。虽然这种处理方式实现了能量的回收利用，但也存在一个显而易见的缺陷，即通过逆变电路输出的逆变交流电输送到电网中时，一定会对电网造成谐波污染m。针对此，本文提出了一种基于超级电容和最大功率跟踪法的电梯节能系统设计方案。1系统整体方案设计系统的设计框架如阁1所示。该系统包括与电梯控制器连接的DC

3、/AC模块、DC/DC模块、超级电容组和系统控制模块。之所以采用超级电容作为储能元件，是基于2个方面的原因：（1）超级电容具有大电流充放电特性，能及时回收电梯发电运行时产生的电能，相较普通铅酸电池有较大的优势。（2）从成本上来看，铅酸电池的充放电寿命为500次，锂电池为2000次左右，而超级电容组充放电寿命可以达到100万次。如果仅按电梯一天运行50次计算，每次为半充半放，每天充放电次数为25次，采用超级电容进行储能，工作寿命能够轻松达到20年，极大地降低了运营成本。在电梯运行过程中可能会遇到停电的情况，因

4、此，在该框架下，双向DC/DC变换模块包含2个功能：（1）在电梯正常使用的过程中，当电梯处于发电状态时，要对超级电容进行充电，实现能量回收。当电梯处于耗能状态时，将存储在超级电容的电能取出，通过直流母线馈送给电梯控制器，实现能量的再利用，达到充分节能的目的。（2）当突然停电时，该系统还要当作应急电源使用，除了给电梯控制器的直流母线供电外，还要将超级电容里剩余的电能取出，转换为直流600V供给DC/AC逆变模块，DC7AC逆变模块将之转变为380V的交流电给电梯控制器供电，以确保电梯的使用安全。图1系统框架图

5、图2电梯运行速度曲线2系统设计的关键技术2.1超级电容的参数设计超级电容在系统中起到了能量缓冲器的作用，所以，应尽可能地回收电梯的馈能。另外，在具体设计中，还要考虑成木问题。如果容量不够，就不能充分吸收电梯的冋馈电能，造成能源浪费，污染环境;如果容量设置冗余，就会增加成本,在某种程度上失去节能装置的意义。因此，超级电容的参数设置起到了至关重要的作用，是系统研宄的重点问题之一。电梯馈能运行时有2部分能量，一个是电梯运行的动能，另一个是电梯运行产生的势能。电梯运行时是变速运动，速度变化比较大，因此，动能变化也比

6、较大，本设计中主要考虑势能的冋收利用。图2是典型的电梯运行速度曲线，考虑到电梯的运行速度和乘客的舒适性，一般采用抛物线类型的S曲线。根据国家标准的规定，起动和制动的加速度宜设置为1.5~2.0m/so当额定速度为1.0~2.0m/s时，加速度宜设置为0.50~2.0m/s,所以，电梯的加速度一般为1.83m/s。电梯在空载上行或满载下行时［Hl馈功率最大，从底楼到顶楼运行冋馈能量最大，超容选取应基于最大能量冋馈。电梯势能按式（1）计算，即:式（1）中:ml为电梯轿湘质量和额定载质量之和;m2为电梯配重。项目

7、组在设计本装置时，所用的电梯参数为：电梯轿厢质量1200kg,额定载重量为1000kg，对重质量为1700kg，按照楼层为21层，每层层高4m设计。根据式（1）可以计算出电梯从1层运行到21层产生的势能为:Eg=（ml+m2）gh=（1200+1000-1700）X9.8X80=392kJo超级电容的储能按式（2）计算，即：式（2）中:VI为超级电容最高电压;V2为超级电容回馈电能时的最低电压。具体设计时，超级电容储能必须大于电梯运行产生的势能，即需要满足式（3）,即：式（3）中：n为电能转换效率。考虑到电

8、梯启动时的功率比较大，为了减小损耗，在反复实验的情况下，将超级电容电压最高电压VI设为400V,超级电容回馈最低电压V2取200V。此时，超级电容储能利用率为75%.通过上述公式可以算出，06.87Fo超级电容的另一个作用是，其作为应急装置，需要在紧急情况下提供电能，其电压在任何情况下都要保持一定数值，也就是超级电容回馈时最低电压为V2。为了减小双向变换器的设计难度，超级电容放电到一定电压时要停止，设超级电容放电